Фундаментальная радиохимия

Системы регистрации могут предназначаться для регистрации либо отдельных ядерных частиц или -квантов (дифференциальные системы), либо для регистрации потоков ядерных излучений (интегральные системы). С точки зрения радиотехники различие между обеими системами связано с разными скоростями cтекания заряда с электродов детектора. Цепь, в которую включен ионизационный детектор, имеет эффективную емкость С и сопротивление R. При прохождении ионизационного тока накопленный на электродах заряд разряжается на сопротивлении R цепи. Время, за которое заряд на электродах уменьшается в е раз, равно произведению RC. Это произведение имеет размерность времени и называется постоянной времени. Если RC велико по сравнению со временем, проходящим между двумя последовательными попаданиями ядерных частиц в детектор, то достигается стационарный режим и вся система регистрирует наличие некоторого постоянного тока в цепи. Наоборот, если RC относительно мало, то аппаратура, соответствующим образом сконструированная, сможет фиксировать электрические импульсы от отдельных частиц. Значения R и С можно в определенных границах менять, поэтому любой ионизационный детектор пригоден для включения в схемы регистрации обоих типов.

На практике ионизационные камеры используют чаще в интегральных системах регистрации, счетчики – в дифференциальных. Причины разграничения областей применения двух типов ионизационных детекторов состоят в следующем. В случае интегральных систем регистрируемый ток должен быть прямо пропорционален числу попавших в объем детектора ядерных частиц или -квантов. Такая пропорциональность существует только при регистрации токов насыщения.

Обычно ионизационный ток, вызываемый прохождением одной частицы (п = 1), очень мал и для того, чтобы регистрация отдельных частиц ионизационной камерой стала возможной, его необходимо значительно усилить.

Измерение очень слабых токов представляет довольно сложную проблему, поэтому ионизационные камеры обычно включают в интегральные системы регистрации. Такие приборы (токовые ионизационные камеры) нашли широкое применение для дозиметрии - и -излучений высокой проникающей способности.

Для того чтобы обеспечить возможность работы ионизационной камеры в интегральных системах, значение RC должно быть достаточно велико. С этой целью в цепь включают высокоомное сопротивление R = 10^11–10¹² Ом. При таких больших R даже очень малые токи, протекающие через ионизационную камеру, создают падение напряжения на сопротивлении, составляющее около 1 В, которое относительно просто зарегистрировать.

Для специальных целей применяются ионизационные камеры, работающие в дифференциальных системах (импульсные ионизационные камеры). Такие камеры используются, например; при регистрации осколочных ядер, обладающих большой энергией и высокой ионизирующей способностью, при определении энергии -частиц (в -спектрометрии) и в некоторых других случаях.

Электрические импульсы, возникающие при прохождении ядерных частиц через счетчик, достаточно велики, что, как уже пояснялось, связано с механизмом газового усиления. Поэтому счетчики можно применять в тех случаях, когда необходимо обнаружить попадание в детектор каждой отдельной частицы или -кванта. Значение параметра RC для дифференциальных систем со счетчиком как детектором излучения должно быть относительно мало, вследствие чего нагрузочное сопротивление подбирают равным не более чем 10⁷–10⁸ Ом.

В заключение отметим, что приведенные рассуждения об областях применения детекторов, работающих в дифференциальных и интегральных системах регистрации, справедливы не только для ионизационных, но и для других методов регистрации излучений (в частности, сцинтилляционных).

2.2. Принцип работы газовых счетчиков

Счетчики, работа которых основана на ионизационном методе регистрации излучений, заполняют газовой смесью определенного состава, поэтому их часто называют газовыми счетчиками. Схема включения счетчика изображена на рис. 1.15. Как уже говорилось, прохождение ядерной частицы через счетчик вызывает появление импульса электрического тока. Этот импульс в свою очередь создает мгновенное падение напряжения (импульс напряжения) на нагрузочном сопротивлении R. Если построить график зависимости амплитуды импульса при регистрации частицы определенной энергии от напряжения на электродах счетчика, то получится кривая, представленная на рис. 1.16.

Рис. 1.15. Схема включения газового счетчика:

1 – катод; 2 – анод; 3 – изоляторы; 4 – источник высокого стабилизированного напряжения; R – нагрузочное сопротивление; С – конденсатор